[發明專利]一種基于全數字控制的高功率密度充電模塊及方法

在審

• 申請號: 201710329683.9
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107134839A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 唐亮;劉愛忠;馬文超;胡勇;于波峰;黃厚誠;李新濤;李勇
• 申請（專利權）人: 山東魯能智能技術有限公司
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J7/04;H02J7/10;B60L11/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于全數字控制的高功率密度充電模塊及方法。

背景技術

隨著電動汽車的推廣，充電模塊應用的環境和場合也拓寬，充電模塊采用數字控制可以實現高精度的控制以及便于調試修改控制策略以適應不同應用場合，控制方式更加靈活，省去了拆裝機殼修改模塊內部硬件的麻煩。為了實現高功率密度輸出，充電模塊采用前后兩級串聯結構，前級實現有源功率因數校正功能，后級實現恒壓或恒流或恒功率輸出。前級和后級主控均采用DSP數字控制。采用數字控制，通過can通訊技術可以方便靈活的對DSP內部的控制算法進行靈活的更改，這樣大大節約的調試時間和人工成本，如果采用硬件控制，在調試過程和現場應用過程中還需要打開機殼更改硬件，這樣太麻煩，不便于維護。同時在本發明中前后兩級采用的數字控制方法可以更好的實現現有應用場合對充電模塊的要求。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于全數字控制的高功率密度充電模塊及方法，本發明可以減小充電模塊的體積，在輸出功率等級不變的前提下，通過優化主電路拓撲參數，控制策略等手段實現充電模塊的小型化高功率密度，達到實現減小單機充電模塊的體積，從而使整個充電系統裝置的體積縮小，減小硬件成本和工程調試時的勞動力，輕便也便于維護。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于全數字控制的高功率密度充電模塊，包括依次串聯的輸入EMC濾波電路、三相維也納PFC電路、三電平LLC直流變換器電路、高頻整流電路、輸出EMC電路、輸出防反接及防倒灌電路，將輸入的三相交流電轉化成直流電，所述輸入EMC濾波電路輸出的交流電壓、電流信號通過前級數字電路、后級數字電路與監控模塊連接，所述后級數字電路采集高頻整流電路輸出的直流電壓和電流信號，所述前級數字電路和后級數字電路通信；

所述前級數字電路對三相維也納PFC電路進行控制，使三相維也納PFC電路具有有源功率因數校正功能、為三電平LLC直流變換器提供高壓直流母線，所述后級數字電路對三電平LLC直流變換器進行控制，根據輸出的電流信號與給定值進行比較后進行PI運算的結果，進而調節三電平LLC直流變換器電路開關管的pwm驅動脈沖的頻率和占空比，使充電模塊恒壓恒流或者恒功率輸出。

所述前級數字電路連接有第一輔助電源電路，所述第一輔助電源電路對外產生輔助電源，同時連接第二輔助電源電路，為其提供輸入電壓，所述第二輔助電源電路連接后級數字電路。

所述三相維也納PFC電路連接有保護電路，所述前級數字電路檢測到保護電路送來的直流母線的過壓過流信號時會自動封鎖PWM驅動脈沖實現保護三相維也納PFC電路的目的。

所述輸出防反接及防倒灌電路與受控開關S連接后再與電動汽車電池電路連接，使充電電流始終是由充電模塊流向電池方向。

所述后級數字電路連接三電平LLC直流變換器，且所述三電平LLC直流變換器連接有第二保護電路，后級數字電路檢測到第二保護電路送來的輸出過壓過流信號時自動封鎖PWM驅動脈沖以保護三電平LLC直流變換器。

所述前級數字電路和后級數字電路通過通訊電路將前后兩級的變量參數和報警信息進行信息交互。

基于上述充電模塊的控制方法，對三相維也納PFC電路進行直流母線電壓外環和交流電流內環的雙環控制，對三電平LLC直流變換器進行電壓環和電流環的pi控制運算，同時將電壓環和電流環的運算結果進行實時比較，判斷較大的值，利用其控制方式來驅動三電平LLC直流變換器，使充電模塊處于恒壓充電或恒流充電狀態。

對三相維也納PFC電路的具體控制方法為：電壓給定信號與通過與母線電壓的采樣值進行比較后送入電壓外環pi控制器得到計算量A，通過對交流輸入電壓采樣，前級數字電路分別計算出交流有效值的平方C和電壓全波整流值B，其中B含有正負母線不平衡系數，將A乘以B再除以C后得到計算值Ir即電流內環的給定值，然后Ir再與采樣電流值If比較運算后，再進行電流內環pi控制運算限幅后進行PWM驅動發波，最終通過PWM驅動信號控制主開關管的開通，實現系統電壓的穩定。

三電平LLC直流變換器的電壓環控制為電壓內環給定值與采樣得到的輸出電壓信號進行比較后進行電壓環pi控制運算，運算結果經過頻率和占空比限幅后，送入后級數字電路內部的PWM生成器，發出PWM驅動脈沖信號，實現充電模塊的恒壓控制。